URBAN UREA URBAN UREA CYCLECYCLE

(URURCI)(URURCI)

A probléma magaA probléma maga

A probléma számokbanA probléma számokban Budapesten éves szinten 22,000 tonna Budapesten éves szinten 22,000 tonna

karbamid kerül a csatornahálózatba a vizelettel karbamid kerül a csatornahálózatba a vizelettel (30 g/fő/d)(30 g/fő/d)

Ennek piaci értéke:Ennek piaci értéke: 2,2*102,2*1099 HUF HUF (2,2 milliárd (2,2 milliárd Ft)Ft)

N eltávolításra az FCsM Rt. éviN eltávolításra az FCsM Rt. évi 5,5*105,5*1099 HUF-t HUF-t költkölt

(0,5 Mio szennyvíz m(0,5 Mio szennyvíz m33/d, és 30 Ft/m/d, és 30 Ft/m33 N kezelési N kezelési költség)költség)

Ez így együtt:Ez így együtt: 7,7 milliárd HUF/év7,7 milliárd HUF/év

MI VÁLASZT EL MINKET ETTŐL A MI VÁLASZT EL MINKET ETTŐL A PÉNZTŐL???PÉNZTŐL???

Ne hagyjuk ammóniummá Ne hagyjuk ammóniummá alakulni az értékes alakulni az értékes

molekulát ! (2 probléma)molekulát ! (2 probléma) A lebomlás megakadályozásaA lebomlás megakadályozása Az urea eltávolítása a nyers Az urea eltávolítása a nyers

szennyvízből, még a biológiai szennyvízből, még a biológiai tisztítóegységek előtttisztítóegységek előtt

HúgysavHúgysav

A húgysav (ureát) a madarak és A húgysav (ureát) a madarak és hüllők N katabolizmusának hüllők N katabolizmusának végterméke. (Bár szintézise végterméke. (Bár szintézise energiaigényes, a vízveszteség energiaigényes, a vízveszteség minimalizált. Általában a nagyon minimalizált. Általában a nagyon száraz körülmények között élő száraz körülmények között élő állatok kényszerülnek így állatok kényszerülnek így megszabadulni a N feleslegtől. megszabadulni a N feleslegtől. (kengurupatkány).(kengurupatkány).

Az urea (karbamid) Az urea (karbamid) ciklusciklus

Mi történik azMi történik az ure ureával aával a csatornában?csatornában?

(NH(NH22))22CO + 2HCO + 2H2200Urea Urea vízvíz

1.1. Lépés: Lépés: Urea Urea hihidroldrolízisízis

Ureáz(NH(NH44))22COCO33

AmmAmmóónium nium kkarbonarbonáátt

2.2. lépés lépés

(NH(NH44))22COCO33 + 2H + 2H++ 2 2 NHNH4 4 + CO+ CO22 + H + H2200AmmAmmóónium nium kkarbonarbonátát

+

3.3. Lépés: pH függő egyensúly beállása Lépés: pH függő egyensúly beállása

NHNH44 + OH + OH- - NHNH33 + H + H22OO+

1. probléma: A karbamid 1. probléma: A karbamid lebomlásának lebomlásának

megakadályozásamegakadályozása Ureáz enzim időleges gátlása (Ureáz enzim időleges gátlása (N-(n-butyl) N-(n-butyl)

tiotiofoszforfoszfor triamide (NBPT) triamide (NBPT),, 4-amino-4-amino-oo-krezol és-krezol és --mm-krezol-krezol

Csapadékképzés a csatornahálózatban Csapadékképzés a csatornahálózatban (karbamid-aldehid kondenzátumok: metil-(karbamid-aldehid kondenzátumok: metil-karbamid láncok )karbamid láncok )

Biuret képzés →Biuret képzés → Műgyanta képzés (aminoplasztok)Műgyanta képzés (aminoplasztok) Nehezebben biodegradálható vegyület képzése Nehezebben biodegradálható vegyület képzése

a csatornahálózatban (a képen: nyugtató)a csatornahálózatban (a képen: nyugtató)

A lassított vagy gátolt urea A lassított vagy gátolt urea bomlás problémáibomlás problémái

Hidraulika (napszakosan változó Hidraulika (napszakosan változó ritmusok)ritmusok)

Időkorlátok (tartózkodási idők)Időkorlátok (tartózkodási idők) Biokémiai/mikrobiológiai problémák (a Biokémiai/mikrobiológiai problémák (a

keletkező anyag nem lehet tartósan keletkező anyag nem lehet tartósan inhibitor vagy biocid hatású)inhibitor vagy biocid hatású)

A képződő vegyület egyszerű művelettel A képződő vegyület egyszerű művelettel eltávolítható legyen a nyers eltávolítható legyen a nyers (előülepített) szennyvízből(előülepített) szennyvízből

Ne okozzon korróziót, dugulást, stb.Ne okozzon korróziót, dugulást, stb.

2. probléma: az urea (vagy 2. probléma: az urea (vagy származékai) eltávolítása a származékai) eltávolítása a

nyers szennyvízbőlnyers szennyvízből Mikroszűrés (amennyiben csapadék)Mikroszűrés (amennyiben csapadék) Ioncsere (amennyiben töltött molekula)Ioncsere (amennyiben töltött molekula) Egyszerűbb adszorberek (amennyiben Egyszerűbb adszorberek (amennyiben

polimer)polimer) Szintézis módszerek megfordítása (de Szintézis módszerek megfordítása (de

akkor ammónium kezelés szükséges, pl. akkor ammónium kezelés szükséges, pl. katalitikus utóégetés)katalitikus utóégetés)

Ülepítés (ha elegendően nagy és súlyos Ülepítés (ha elegendően nagy és súlyos a csapadékrészecske)a csapadékrészecske)

Karbamid acilezéseKarbamid acilezése

NHNH22CONHCONH22 + Me + Me22CH-CHBr-COBr → CH-CHBr-COBr → NHNH22-CO-NH-CO-CHBr bromurál + -CO-NH-CO-CHBr bromurál + CHCH22MeMe22 + HBr + HBr

NHNH22CONHCONH22 + EtOOC-CH + EtOOC-CH22-COOEt + -COOEt + NaOEt → NaOEt → barbitursavbarbitursav alloxán (B12 alloxán (B12 vitamin szintéziséhez használják)vitamin szintéziséhez használják)

dialkil-malonészterekkel ugyanígy dialkil-malonészterekkel ugyanígy készülnek a barbiturát nyugtatók: készülnek a barbiturát nyugtatók:

Ha nem csak Ha nem csak megszabadulni akarunk a megszabadulni akarunk a telepre érkezett ureától...telepre érkezett ureától...

Biodegradálható termoplasztikok Biodegradálható termoplasztikok gyártása (műveleti leírás: Uppsala, gyártása (műveleti leírás: Uppsala, 2007)2007)

Urea-zsírsav komplexek képzése (by Urea-zsírsav komplexek képzése (by Bengen, (Bengen, (German Patent Appl. OZ German Patent Appl. OZ 12438, 194012438, 1940) kristályos zárványok) kristályos zárványok

KarbamidKarbamid-formaldehid -formaldehid (FORMURIN)(FORMURIN)

Legelterjedtebb kondenzátum, mely különböző Legelterjedtebb kondenzátum, mely különböző márkanéven: Ureaform, Nitroform, Formurin, márkanéven: Ureaform, Nitroform, Formurin, stb. ismert. A lassan ható N-műtrágyák stb. ismert. A lassan ható N-műtrágyák oldhatósága az aktivitási indexszel (Aoldhatósága az aktivitási indexszel (A ii) ) jellemezhető:   Ajellemezhető:   Aii=[(N=[(Nhh%-N%-Nff%)/N%)/Nhh%]*100, ahol: %]*100, ahol: NNhh%= hideg vízben oldhatatlan N%, N%= hideg vízben oldhatatlan N%, Nff%= forró %= forró vízben oldhatatlan N%. Izobutilidén-dikarbamid vízben oldhatatlan N%. Izobutilidén-dikarbamid (IBDU) a (IBDU) a karbamidkarbamid és az izobutiraldehid és az izobutiraldehid kondenzációjával előállítható műtrágya. kondenzációjával előállítható műtrágya. Krotonilidén-dikarbamid (CDU)Krotonilidén-dikarbamid (CDU)

A karbamidA karbamid--aldehidaldehid alapú műtrágyák alapú műtrágyák előállítása költséges, ezért csapadékosabb előállítása költséges, ezért csapadékosabb országokban használják országokban használják

Faipari ragasztókFaipari ragasztók A karbamidgyanták ragasztóképessége és

tapadása igen jó, vízzel és nedvességgel szembeni ellenálló képessége kielégítő.

Hátrányos tulajdonsága a viszonylagos ridegség, melynek csökkentésére töltő- és nyújtóanyagokat (őrölt cellulóz, ipari rozsliszt stb.) alkalmaznak.

A víz- és főzésállósági tulajdonság javítása melamingyanta bekeverésével lehetséges.

Az amingyanták, ezen belül is a karbamid-formaldehid műgyanták felhasználása széles körű: faforgácslap és pozdorjalap gyártásához, rétegelt lemezek készítéséhez, farostlemezek ragasztásához alkalmazhatók.

Karbamid műtrágyaKarbamid műtrágya

Wöhler,1828Wöhler,1828 Hatóanyag-tartalom: 46,6 % (m/m)Hatóanyag-tartalom: 46,6 % (m/m) Előnyös tulajdonságok (ár, nagy Előnyös tulajdonságok (ár, nagy

hatóanyag-tartalom, kis hatóanyag-tartalom, kis higroszkóposság)higroszkóposság)

Vízben jól oldódik, hidrolizálVízben jól oldódik, hidrolizál NHNH22-CO-NH-CO-NH22 + H + H22O O 2 NH 2 NH33 + CO + CO22

Széles körű felhasználás Széles körű felhasználás (paraffinmentesítés, hidrazin előállítás, (paraffinmentesítés, hidrazin előállítás, műanyagipar, hyperol)műanyagipar, hyperol)

Karbamid előállításaKarbamid előállítása

Néhány módszer:Néhány módszer: - kalcium cián-amid hidrolízise:- kalcium cián-amid hidrolízise:

CaCNCaCN22 + 3 H + 3 H22O O (NH (NH22))22CO + Ca(OH)CO + Ca(OH)22

- ammónia és karbonil-szulfid reakciója:- ammónia és karbonil-szulfid reakciója: 2 NH2 NH33 + COS + COS (NH (NH22))22CO + HCO + H22SS

- ammónia és szén-dioxid reakciója:- ammónia és szén-dioxid reakciója: 2 NH2 NH33 + CO2 + CO2 (NH (NH22))22CO + HCO + H22OO

KarbamidszintézisKarbamidszintézis

1. Ammónium-karbamát képződés:1. Ammónium-karbamát képződés: COCO22 + 2 NH + 2 NH33 NH NH22-CO-O-NH-CO-O-NH44

HHrr= - 157,8 kJ/mol= - 157,8 kJ/mol

2. Ammónium-karbamát dehidratációja:2. Ammónium-karbamát dehidratációja: NHNH22-CO-O-NH-CO-O-NH44 NH NH22-CO-NH-CO-NH22 + H + H22OO

HHrr= + 32,2 kJ/mol= + 32,2 kJ/mol